KR20120083105A - 탄소나노튜브와 섬유상 여재를 함유한 올레핀계 고분자 - Google Patents

탄소나노튜브와 섬유상 여재를 함유한 올레핀계 고분자 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 탄소나노튜브와 섬유상 여재를 포함한 폴리올레핀계 고분자 조성물은 기초수지로서 폴리올레핀계 수지, 탄소나노튜브, 및 섬유상 여재로 이루어지는 것을 그 특징으로 한다. 상기 섬유상 여재는 200 마이크론 이하의 입경을 갖는 천연가죽 분말로 이루어지는 것을 그 특징으로 한다. 본 발명의 폴리올레핀 조성물에서 기초수지인 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브는 0.3 내지 1.0 중량부로 포함되고, 천연가죽 분말은 0.5 내지 2.0 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.

Description

탄소나노튜브와 섬유상 여재를 함유한 올레핀계 고분자{Olefin Polymer Containing Carbon Nanotube and Textile Filler}
본 발명은 탄소나노튜브와 섬유상 여재를 포함한 폴리올레핀계 고분자 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명은 탄소나노튜브의 분배성 및 분산성을 향상시켜 시이트(sheet)나 필름(film)과 같은 성형물의 물성을 향상시킬 수 있는 탄소나노튜브와 섬유상 여재를 포함한 폴리올레핀계 고분자 조성물에 관한 것이다. 본 발명은 상기 폴리올레핀 고분자 조성물로 성형한 시이트나 필름과 같은 성형물도 포함한다.
나노기술은 향후 21세기를 선도해 나갈 수 있는 과학 기술로 전자정보통신, 환경 및 에너지, 바이오 등의 분야에서 필수적인 기술로 가까운 미래에 정보전자 소재, 의약 및 에너지 등의 전 분야에서 기술적 진보의 방향을 획기적으로 바꿀 수 있는 돌파구가 될 것으로 기대되고 있다. 특히 나노복합 재료는 단일 소재로는 달성될 수 없는 뛰어난 치수안정성, 기계적 강도, 전기적 특성 등을 지니고 있어 첨단 소재로써 그 중요성이 대두되고 있다. 나노복합 재료는 분자 레벨이나 나노미터 스케일의 이종 물질을 분산시켜 복합화한 것으로 보통 분산상의 크기가 1~100 nm 정도이며 기존의 고분자가 가지는 뛰어난 가공성, 기계적, 광학적 성질 들을 더욱 향상 시킬 수 있어 자동차부품, 전기/전자, 빌딩/건축 등과 같이 넓은 범위에서 응용될 가능성이 높은 차세대 복합소재로 큰 관심을 끌고 있다.
탄소나노튜브는 뛰어난 전기적, 기계적 특성으로 인하여 많은 분야로의 응용이 제기되어 활발히 연구가 진행되고 있는 나노입자이다. 고분자/탄소나노튜브 복합체의 개발은 소량의 탄소나노튜브를 이용하여 대체할 수 있다는 장점이 있다. 특히 탄소나노튜브는 구조적으로 종횡비가 매우 큰 특성을 가지고 있어 다른 복합체 첨가물에 비하여 상대적으로 매우 적은 양을 이용하여 높은 물성을 기대할 수 있다. 고분자/탄소나노튜브 복합체는 고분자 내부에서 탄소나노튜브의 분산정도와 탄소나노튜브와 고분자 물질 사이의 상호작용이 매우 중요한 요소로 작용한다.
일반적으로 고분자 재료는 그 자체로는 전기가 통하지 않는 전기절연체이나 여기에 카본블랙, 카본섬유, 금속분말 등 전도성을 가지는 입자들을 도포할 경우 전도성을 갖는 전도성 고분자를 제조할 수 있다. 그리고 이러한 전기전도성 고분자는 항온가열기, 열센서, 과전류 조정 및 저전류 회로 보호기 그리고 전자파 방해 차폐 등의 다양한 산업적 응용 가능성 때문에 오랫동안 이론적으로나 실험적으로 관심 대상이 되어 왔다. 전도성 충전제의 하나로서 탄소나노튜브는 탄소 원자들이 육각형 벌집 모양의 원통형 구조로 강한 공유결합을 가지고 있어 역학적 견고성, 화학적인 안정성이 뛰어날 뿐만 아니라 구조에 따라 반도체, 도체의 성질을 띠며, 직경이 작고 길이가 긴 특성, 또 속이 비어 있다는 특성 때문에 평판표시소자, 트랜지스터, 에너지 저장체 등에 뛰어난 소자 특성을 보이고 있기 때문에 차세대 재료로 주목받고 있다.
도전성이나 기계적 특성을 발현시키기 위해서는 미세분말 상태인 구조적인 특징으로 인해 그 자체만으로는 상업분야에 적용하기 어렵기 때문에 고분자와 같은 다른 소재와 함께 복합화 하는 것이 요구된다. 따라서 탄소나노튜브를 고분자에 혼성화시킨 고분자 나노복합재료에 대한 연구가 필연적이라 할 수 있고, 탄소나노튜브 복합소재에 대한 연구가 전 세계적으로 활발하게 수행되고 있다. 탄소나노튜브는 전기전도도가 103~105 ohm/squ로 기존 탄소계 필러보다도 높고 입자크기가 미세하기 때문에 비교적 소량으로 고도전성의 고분자소재의 설계가 가능하다. 또한 탄소나노튜브는 종횡비가 적어도 100~1000 이상으로 수지에 분산되어 치밀한 네트워크 구조를 만들기 때문에 고전도성과 우수한 치수안정성을 얻을 수 있고, 피로수명이 길고 내식성 및 전기절연성에서도 뛰어난 장점이 있으므로 응용분야가 점점 확대되고 있다.
고분자 매트릭스와 탄소나노튜브의 분산성을 개선하기 위해 표면개질과 같은 화학적 처리를 이용하여 복합재료와 계면간의 결합력을 좋게 하려는 연구가 진행 중이다. 그리고 열적, 화학적, 전기화학적, 플라즈마 등의 여러 방법 등을 이용하여 고분자인 매트릭스와 탄소 나노튜브의 계면 결합력 증대에 관한 연구를 진행하고 있으며 많은 연구들이 보고되고 있다.
그러나 위와 같이 탄소나노튜브를 화학적 개발 방법을 통하여 탄소나노 튜브를 분산 시킬 경우 물리적 개질 방법보다는 분산효과는 뛰어나지만 공정이 복잡하여, 공정비용이 많이 들어가며, 개질 과정에 사용된 용매의 재처리 비용문제나 환경오염의 원인이 되는 물질을 배출하는 단점이 발생하게 된다. 반면 물리적 개질 방법은 화학적 개질보다는 다소 효과는 떨어지지만 공정비용이 적게 들며 용매로 인한 환경오염이 적으며 가공 공정에 들어가는 비용을 최소화 할 수 있는 장점을 지니고 있다.
탄소나노튜브는 새로운 종류의 복합재료를 만들 수 있는 소재로서, 고분자 수지에 도입하면 전기적, 기계적, 열적 성질을 기존의 카본블랙이나 미세 금속 분말과 같은 충전재에 비해 월등하게 발휘할 수 있는 잠재성을 가지고 있다. 탄소나노튜브가 이와 같은 특출한 물리적 성질을 가지고 있지만 탄소나노튜브를 고분자 수지에 도입하는 것은 탄소재료의 표면화학적 성질로 인해 용이하지가 않다. 매트릭스 내에서 상분리, 응집, 낮은 분산성과 좋지 않은 접착성을 극복하는 것이 나노복합재료에서는 가장 중요한 요건이다.
대부분의 나노 필러를 이용한 고분자 복합 재료는 용액 블렌딩법이나 용융 블렌딩법에 의해 제조된다. 용융 블렌딩은 나노튜브를 이용한 복합재료 제조에 가장 널리 쓰이는 방법으로 작은 양의 시료를 제조하기에 매우 유용하다. 용융 블렌딩법은 크게 3 가지 단계의 제조 공정을 거치는데 첫째 나노튜브를 적절한 용매에 분산시키는 단계와 둘째 고분자와 혼합하는 단계, 그리고 최종적으로 침점시키거나 필름 주조시키는 방법으로 복합재료를 분리하는 단계이다.
나노튜브를 단순한 기계적 자기적 교반 방법으로 나노튜브를 분산시키는 것은 매우 어렵다. 따라서 고출력의 초음파를 장시간 이용할 경우 나노튜브의 길이를 짧게 하여 종횡비가 작아지는 현상이 일어나기도 하기 때문에 나노튜브의 손상을 방지하면서 최적의 분산성을 부여할 수 있는 초음파 공정조건을 찾는 것이 중요하다. 나노튜브의 용액 상 분산성을 향상시키는 또 다른 방법은 계면활성제를 이용하는 방법이다. 그러나 이러한 방법 역시 나노튜브 표면에 계면활성제가 잔존하게 되어 추후 다양한 물성에 영향을 줄 수 있다는 단점이 있다.
용액 블렌딩법을 이용한 나노튜브/고분자 복합재료의 제조에 있어서 마지막 단계인 용매 증발 역시 나노튜브 분산성을 저해시킬 수 있기 때문에 주의를 기울여야 한다. 용매를 서서히 증발시켜 복합재료를 제조할 경우 용매의 증발과 함께 나노튜브의 응집체 형성이 동시에 이루어지는 경우가 많다. 이러한 현상을 차단하기 위해서 복합재료를 용액으로부터 분리할 때 빠른 속도로 기판을 회전시키며 용액을 부어 필름을 제조하는 스핀주조나 뜨거운 기판위로 용액을 떨어뜨리며 제조하는 적하주조 방법을 이용, 용매의 증발을 빠른 시간 내에 완료하여 나노튜브의 재응집을 방지시키는 방법이 널리 이용된다.
용융 블렌딩법은 높은 온도와 높은 전단력을 이용하여 나노튜브를 고분자 기질 내로 고르게 분산시키는 방법으로 다량의 용매를 필요하지 않고 대용량화 할 수 있다는 측면에서 현재 산업적 생산 공정에 적용 할 수 있다는 장점을 가지고 있다. 그러나 용액 블렌딩법과 비교할 때 높은 점도로 인해 나노튜브를 분산시키기에 어려움이 있고 나노튜브 함유량을 일정 수준이상 증가시키는데 한계를 갖고 있다. 현재까지 용융 블렌딩법을 이용하여 탄소나노튜브를 폴리카보네이트 또는 나일론 6과 혼합하거나 단일벽 탄소를 폴리프로필렌 또는 폴리이미드와 혼합하여 성공적으로 나노튜브/고분자 복합재료를 제조한 사례가 보고되고 있다. 미국의 Hyperion 및 일본의 미쯔이와 같은 회사들이 마스터 배치를 판매하거나 개발하고 있다.
이에 본 발명자는 탄소나노튜브의 분배성 및 분산성을 향상시킨 탄소나노튜브와 섬유상 여재를 포함한 폴리올레핀계 고분자 조성물을 개발하고, 탄소나노튜브의 분배성 및 분산성을 향상시킴으로써 그로부터 성형된 시이트(sheet)나 필름(film)의 물성이 향상된 성형물을 제조할 수 있기에 이른 것이다. 즉 본 발명에서는 시이트나 필름과 같은 성형물의 표면저항, 인장강도, 인열강도, 신율, 충격강도, 정전압 등에 있어서 종래의 제품보다 향상된 물성을 나타낼 수 있다.
본 발명의 목적은 탄소나노튜브의 분배성 및 분산성을 향상시킨 탄소나노튜브와 섬유상 여재를 포함한 폴리올레핀계 고분자 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 다른 목적은 탄소나노튜브의 분배성 및 분산성을 향상시킴으로써 그로부터 성형된 시이트(sheet)나 필름(film)의 물성이 향상된 성형물을 제조할 수 있는 탄소나노튜브와 섬유상 여재를 포함한 폴리올레핀계 고분자 조성물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 시이트나 필름과 같은 성형물의 표면저항, 인장강도, 인열강도, 신율, 충격강도, 정전압 등의 물성이 향상된 탄소나노튜브를 함유하는 폴리올레핀 고분자 조성물로 제조된 새로운 성형물을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 상세히 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브와 섬유상 여재를 포함한 폴리올레핀계 고분자 조성물은 기초수지로서 폴리올레핀계 수지, 탄소나노튜브, 및 섬유상 여재로 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.
상기 섬유상 여재는 200 마이크론 이하의 입경을 갖는 천연가죽 분말로 이루어지는 것을 그 특징으로 한다.
본 발명의 폴리올레핀 조성물에서 기초수지인 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브는 0.3 내지 1.0 중량부로 포함되고, 천연가죽 분말은 0.5 내지 2.0 중량부로 포함되는 것이 바람직하다.
본 발명의 폴리올레핀 조성물을 이용하여 실린더 1, 2, 3, 헤드, 및 다이스의 오도가 각각 155, 155, 155, 160, 및 180℃ 이고, 송출 rpm이 900인 필름 성형 압출기에서 필름을 제작하고, 필름시편 절단기(위드랩, WL-1200)에서 필름 시편을 제작하여 물성을 측정한 결과, 표면저항이 10^5 ohm/squ 이하이고, 인장강도가 170 kg/cm2이며, 인열강도가 70 kg/cm이고, 신율이 200 %이고, 충격강도가 15 kg.cm/cm이고, 정전압이 20 볼트 이하로 나타나, 종래의 물성에 비하여 우수한 것으로 나타났다.
이하 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다.
본 발명은 탄소나노튜브의 분배성 및 분산성을 향상시킨 탄소나노튜브를 함유하는 새로운 폴리올레핀 고분자 조성물을 제공하며, 탄소나노튜브의 분배성 및 분산성을 향상시킴으로써 그로부터 성형된 시이트(sheet)나 필름(film)의 물성이 향상된 성형물을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.
제1도는 필름 미세 광학 사진으로, (A)는 비교예 1, (B)는 비교예 2, (C)는 실시예 1, 및 (D)는 비교예 3의 사진이다.
제2도는 필름 표면 SEM 사진으로, (A)는 비교예 1, (B)는 비교예 2, (C)는 실시예 1, 및 (D)는 비교예 3의 사진이다.
본 발명은 본 발명에 따른 탄소나노튜브와 섬유상 여재를 포함한 폴리올레핀계 고분자 조성물에 관한 것으로, 탄소나노튜브의 분배성 및 분산성을 향상시켜 시이트나 필름과 같은 성형물의 물성을 향상시킬 수 있는 탄소나노튜브를 포함한 폴리올레핀 조성물에 관한 것이다.
탄소나노튜브를 함유하는 폴리올레핀 조성물을 제조하는 기술에서는 탄소나노튜브 입자를 기초수지 내에 얼마만큼 균일하게 분산시키느냐가 관건이다. 본 발명서는 이러한 목적으로 천연가죽의 분말을 첨가하여 소기의 목적을 달성한 것이다. 즉 본 발명에서는 기초수지로서의 폴리올레핀계 수지에 탄소나노튜브와 천연가죽 분말을 함께 혼합하여 탄소나노튜브를 함유하는 폴리올레핀 조성물을 제조한 것이다.
본 발명의 폴리올레핀 조성물에서는 기초수지인 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브는 0.3 내지 1.0 중량부로 포함되고, 천연가죽 분말은 0.5 내지 2.0 중량부로 포함되는 것이 바람직하다. 나노복합재로서의 특성을 나타내기 위해서는 최소한 기초수지 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브가 0.3 중량부 이상이 되어야 하고 1.0 중량부 이상이 되면 과도한 양으로 사용되기 때문에 가격상승의 요인이 되어 바람직하지 못하다.
본 발명에서 사용되는 천연가죽 분말은 200 마이크론 이하의 입경을 갖는 것이 바람직하며, 더 바람직하기로는 100 마이크론 이하의 입경을 갖는 것이다. 천연가죽 분말은 탄소나노튜브를 분산시키는 분산제 역할을 하는 것으로 추측되며, 압출성과 같은 작업성에도 긍정적으로 작용하여 작업을 원활하게 하는 것으로 나타났다. 천연가죽 분말이 200 마이크론 이상의 입경을 갖게 되면 표면저항이나 정전압과 같은 물성에 나쁜 영향을 미치는 것으로 나타났다.
본 발명에서의 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부틸렌 등이 사용될 수 있고, 이 중에서 폴리에틸렌이 가장 광범위하게 사용될 수 있다. 폴리에틸렌은 HDPE(고밀도폴리에틸렌), LDPE(저밀도폴리에틸렌), LLDPE(저밀도선형폴리에틸렌) 등이 바람직하게 사용될 수 있다.
기초수지인 폴리올레핀계 수지에 탄소나노튜브와 천연가죽 분말을 함께 혼합하여 컴파운딩 작업을 하고 컴파운드 펠렛(compound pellet)을 제조한다. 컴파운딩 작업은 단축압출기를 이용하여 할 수 있고, 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용하게 실시될 수 있다. 이 컴파운드 펠렛을 이용하여 필름 압출기나 시이트 압출기에서 필름 또는 시이트를 성형한다.
본 발명에 따라 제조된 탄소나노튜브를 함유하는 컴파운드 펠렛을 이용하여 제조된 필름이나 시이트는 종래의 성형물에 비하여 물성이 모두 향상되는 것으로 나타난다.
본 발명의 폴리올레핀 조성물을 이용하여 실린더 1, 2, 3, 헤드, 및 다이스의 온도가 각각 155, 155, 155, 160, 및 180℃ 이고, 송출 rpm이 900인 필름 성형 압출기에서 필름을 제작하고, 필름시편 절단기(위드랩, WL-1200)에서 필름 시편을 제작하여 물성을 측정한 결과, 표면저항이 10^5 ohm/squ 이하이고, 인장강도가 170 kg/cm2이며, 인열강도가 70 kg/cm이고, 신율이 200 %이고, 충격강도가 15 kg.cm/cm이고, 정전압이 20 볼트 이하로 나타나, 종래의 물성에 비하여 우수한 것으로 나타났다. 이는 종래의 탄소나노튜브 함유 폴리올레핀계 수지로부터 상기와 동일한 조건하에서 제조된 성형물에 비하여 우수한 것으로 나타난다. 즉 종래의 필름시편은 표면저항이 10^6 ohm/squ 이하이고, 인장강도가 160 kg/cm2이며, 인열강도가 50 kg/cm이고, 신율이 180 %이고, 충격강도가 10 kg.cm/cm이고, 정전압이 30 볼트 이하로 나타난다.
본 발명과 같은 탄소나노튜브 복합재료는 기존의 카본블랙이나 탄소섬유 복합재료에 비해 제품의 표면 마감처리가 훨씬 용이하다. 전기적 특성을 이용하는 탄소나노튜브 복합재료의 대표적인 용도로는 최근 복합재료로 자동차 연료통을 만드는데 이 경우 정전기 문제를 해결해야 한다. 탄소나노튜브를 넣어 복합재료를 만들게 되면 이 문제를 해결할 수 있다. 15% 이상을 넣어야하는 카본블랙에 비해 소량만 넣으면 되는 탄소나노튜브는 실용성을 가지고 있어 자동차에 실제 적용되고 있다. 이외에도 비행기 날개나 동체의 대전방지 차폐재 등을 예로 들 수 있다. 또한 탄소계 나노필러의 저가화를 전제로 고분자 메트릭스와의 복합화 및 고분산화 기술, 특수 배향 기술 등을 통한 탄소나노튜브 강화 고분자 복합소재의 실용화는 기존 구조용 및 기능성 소재 시장에 활력소가 될 것이다.
높은 인성과 다기능 차폐의 탄소계 나노필러 강화 고분자소재는 각종 고성능 회로조립용 소재 및 방열소재로 활용가능하며, 군수산업에서 탄소나노튜브-강화 고분자 복합체는 탁월한 기계적 특성과 전자기능적 성질이 결합되어 기존 장갑용, 방탄용 구조용 소재를 대체할 것으로 전망된다. 또한 민생분야에서 무정형 열가소성수지 컴파운드는 블로우(blow) 성형이나 사출 성형 등을 통하여 강철의 강도 및 고무의 인성을 갖는 투명 식음료 포장병, 각종 레져용품 등 헤아릴 수 없는 많은 제품의 대체 및 신규 제품 창출을 통하여 생활 전반에 활용될 것으로 사료된다.
본 발명은 하기의 실시예에 의하여 구체화될 것이며, 하기의 실시예는 발명의 예시목적으로 기재될 뿐 발명의 보호범위를 제한하거나 한정하는 것으로 이해되어서는 안된다.
실시예
컴파운드 펠렛 제조 :
비교예 1:
본 발명의 조성물과 비교하기 위한 목적으로 천연가죽 분말을 사용하지 않고 LLDPE 5 kg에 탄소나노튜브 25g을 혼합하여 컴파운드 펠렛을 제조한다. 이때의 다이스 1, 다이스 2, 실린더 1, 실린더 2, 및 실린더 3의 설정온도는 모두 200℃ 로 하였고, 실제온도는 각각 191, 173, 203, 197, 및 192℃로 측정되었다. 원동기 속도는 1,380 rpm 이었고, 펠렛타이져 속도는 250 rpm, 출구압력은 30~33 kg/m2이었다.
비교예 2:
본 발명의 조성물과 비교하기 위한 목적으로 탄소나노튜브를 사용하지 않고 LLDPE 5 kg에 천연가죽 분말 25g을 혼합하여 컴파운드 펠렛을 제조한다. 이때의 다이스 1, 다이스 2, 실린더 1, 실린더 2, 및 실린더 3의 설정온도는 모두 200℃ 로 하였고, 실제온도는 각각 192, 175, 197, 201, 및 191℃로 측정되었다. 원동기 속도는 1,300 rpm 이었고, 펠렛타이져 속도는 280 rpm, 출구압력은 32~35 kg/m2이었다.
실시예 1:
본 발명의 조성물d틀 제조하기 위한 목적으로 LLDPE 5 kg에 탄소나노섬유 25g과 천연가죽 분말 50g을 혼합하여 컴파운드 펠렛을 제조한다. 이때의 다이스 1, 다이스 2, 실린더 1, 실린더 2, 및 실린더 3의 설정온도는 모두 200℃ 로 하였고, 실제온도는 각각 191, 175, 196, 202, 및 192℃로 측정되었다. 원동기 속도는 1,650 rpm 이었고, 펠렛타이져 속도는 250 rpm, 출구압력은 39~42 kg/m2이었다.
비교예 3:
본 발명의 조성물과 비교하기 위한 목적으로 천연가죽 분말을 과도하게 사용하여, LLDPE 5 kg에 탄소나노튜브 25g과 천연가죽 분말 100g을 혼합하여 컴파운드 펠렛을 제조한다. 이때의 다이스 1, 다이스 2, 실린더 1, 실린더 2, 및 실린더 3의 설정온도는 모두 200℃ 로 하였고, 실제온도는 각각 192, 175, 197, 202, 및 192℃로 측정되었다. 원동기 속도는 1,890 rpm 이었고, 펠렛타이져 속도는 250 rpm, 출구압력은 40~45 kg/m2이었다.
필름 제조 :
상기 비교예 1~3 및 실시예 1에서 제조된 컴파운드 펠렛으로 필름을 성형하였다. 실린더 1, 2, 3, 헤드, 및 다이스의 온도가 각각 155, 155, 155, 160, 및 180℃ 이고, 송출 rpm이 900인 필름 성형 압출기에서 필름을 제작하고, 필름시편 절단기(위드랩, WL-1200)에서 필름 시편을 제작하여 물성을 측정하였다.
물성 측정 :
인장강도: 상기 비교예 1~3 및 실시예 1에서 제조된 컴파운드 펠렛으로 제조된 필름을 KS T 1093에 따라 인장강도를 측정하였다. 대영정밀(주)의 UTM(DYM-10)을 이용하여 크로스 헤드 스피드를 500 m/min으로 하여 MD와 TD 방향으로 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
신율: 상기 인장강도와 같이 KS T 1093에 따라 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
인열강도: 상기 인장강도와 같이 KS T 1093에 따라 측정하여, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
충격강도: 충격강도 측정기(CEAST사, C-6545)를 이용하여 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
정전압: 정전압을 분석하기 위하여 미찰된 포인트를 정전압 측정기(SIMCO-FMX 002)를 이용하여 측정하고, 그 결과를 표 1에 나타내었다.
필름 미세 구조 특성 분석: 필름의 계면 형상을 알아보기 위하여 필름 시편을 미세 광학사진과 SEM 사진으로 관찰하였다. 제1도는 필름 미세 광학 사진으로, (A)는 비교예 1, (B)는 비교예 2, (C)는 실시예 1, 및 (D)는 비교예 3의 사진이고, 제2도는 필름 표면 SEM 사진으로, (A)는 비교예 1, (B)는 비교예 2, (C)는 실시예 1, 및 (D)는 비교예 3의 사진이다.
MD TD
비교예1 비교예2 실시예1 비교예3 비교예1 비교예2 실시예1 비교예3
인장강도(kg/m2) 185 180 170 174 175 170 175 178
신장율(%) 187 184 200 206 191 190 207 210
인열강도(kg/cm) 60 59 71 73 64 63 74 76
충격강도(kg.cm/cm) 13 10 15 16.5 14 12 16 18
정전압(Volts) 23 24 20 18 22 22 19 17
본 발명의 보호범위는 하기 첨부되는 특허청구범위에 의하여 구체화될 것이며, 본 발명의 단순한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 기초수지로서 폴리올레핀계 수지, 탄소나노튜브, 및 섬유상 여재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 올레핀계 고분자 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 섬유상 여재는 200 마이크론 이하의 입경을 갖는 천연가죽 분말로 이루어지는 것을 특징으로 하는 올레핀계 고분자 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 기초수지인 폴리올레핀 수지 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브는 0.3 내지 1.0 중량부로 포함되고, 천연가죽 분말은 0.5 내지 2.0 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 올레핀계 고분자 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 폴리올레핀계 수지는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리부틸렌인 것을 특징으로 하는 올레핀계 고분자 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 폴리에틸렌은 HDPE(고밀도폴리에틸렌), LDPE(저밀도폴리에틸렌), 또는 LLDPE(저밀도선형폴리에틸렌)인 것을 특징으로 하는 올레핀계 고분자 조성물.
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JPH08217927A (ja) * 1995-02-15 1996-08-27 Tonen Chem Corp エアーバッグカバー材用オレフィン系熱可塑性エラストマー組成物
KR100454587B1 (ko) * 2001-07-10 2004-11-03 학교법인고려중앙학원 탄소나노튜브가 첨가된 초고분자량 폴리에틸렌 및 그제조방법
KR20090022835A (ko) * 2007-08-31 2009-03-04 지에스칼텍스 주식회사 무기물 함유 장섬유 강화 펠렛 및 이를 이용하여 제조된수지 성형품

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